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鱼“教授”惊人语录!鱼缸混乱理论

2011-8-22 23:03:38不详 佚名 【字体:

小说《侏罗纪公园》中,数学家Ian Malcolm在公园尚在筹备阶段时,早已用《混乱理论》预测到,无论动用几多人、物、财、科技力,公园的结局都是失败的,灾难性的。初时人人嗤之以鼻,后来事件的结局,证明了他的先见。
大家可曾想过,我们建立的鱼缸,其实也是一个侏罗纪公园?

混乱理论

    你拿着一个波,放手。波的遭遇是会跌到地面。我们能够准确地计算出,波下跌途中的速度、位置。这是有规律的,有秩序的,能预测的。凡此,我们称为牛顿系统。

    相反,你把气球吹胀,然后放手。我们无法预知它的运动途径,及最后落点。一切都是冇规律的,冇秩序的。这是混乱系统。

    混乱理论chaos theory是研究混乱复杂的事件、系统。早在1908年,由Henri Poincare提出。1963年被Edward Lorenz首次应用在天气的计算机仿真。之后,也用来分析暴动时暴徒的行为、紊流运动、病毒的传播、股市走势、能量转移、环境生态等。

    一个鱼缸,本来运行得好好地,忽然白点病 / RTN爆发到不可收拾;忽然反缸;忽然所有鱼全死去;突然爆玻璃;突然NO2测试得红色。这也是混乱理论的范畴。

混乱系统的特性:

    1. 系统太复杂,内含太多变量/ 数据。我们无法全部把握,因此有不确定性,无法预测,或只能预测到短时间内的变化。

    2. 外在,或内在的小变化,会导致系统的混乱行为,一切变得无规律,无秩序。而此行为会自动放大,混乱程度上升。

    3. 系统可以一开始便混乱。也可以良好的运行一段时间,才混乱。

    4. 很多时系统中的混乱,是隐藏得很好的。危机出现时,一切已太迟。例,你女朋友突然要分手,其实很早之前,她已开始变心。发现后,唯一能做的只有叹气。

    5. 初期的混乱状态,很多时好像可以被拯救到,控制到。但呯的一声后,一切都像脱缰野马。

    6. 系统对初始条件有高度的敏感性。

    好的理论,能够解释世事、现象、行为。我尝试使用混乱理论去阐释鱼缸系统。多一个眼界去看水族,及世事。

    为什么会混乱?为什么混乱会导致灾难的结局?

系统的复杂性 

    不要看轻鱼缸、珊瑚缸、水草缸等鱼缸系统。它其实是一个复杂的系统,有关的变量variable,多如繁星。我简化了,举出其中部分,再分成内在,和外在二类: 

    1. 内在变数 - 鱼缸: 

    pH,盐度,光度,温度,各种生物(动物、植物、细菌、病毒等),全部化学元素(包括氧、重金属等),无算的化合物(如CO2,N氏三契弟等),生态系统,无数化学公式在不断运行,器材,水族产品、用品,附属系统(如过滤系统等),水的表面张力,电流,导电性,ORP,密度,磁场,整体设计、用料,紫外光,换水时新水的质素、沙等等。

    2. 内在变量 - 主理人的思想、行为:

    鱼缸系统的主理人,会作日常打理,初始设定,危机处理,修改,决策,加减生物等工作。这些行为由思想指挥。思想被知识(必不足够)、性格、智力、EQ等支配。思想是会变的,如知识的增加、有/无效的经验;也易受影响的,如情绪、别人、迷信、环境、生理心理变化等。

    思想正合混乱理论的主题—些微的刺激,便会剧变得难以捉摸。真人真事真英雄例子:鱼友B平时把鱼缸打理得井井有条,又在聊天室教人不要乱用药。某天,鱼友B一发现鱼儿生出几粒白色点子,便裤都不穿,以阿甘正传式奔跑,走到鱼街,不清楚是什么病,就买不知用来治疗什么的药。用一日药,不见效,继而发狂,乱加重药量,再买多几种药,实行扮演aids何大一医生,再加其它增温度,减盐度等物理性疗法。
所以,主理人的思想、行为,是一大变量,对鱼缸有重大影响。

    3. 外在变量 - 空间及其它:

    鱼缸的所在空间含很多变量。简单例子,鱼缸在客厅,那里的相对湿度,直接影响缸的蒸发量;客厅空气流通度,直接影响水冷系统,和缸的换气量;鱼缸器材和大用电量家庭器材(像冷气),接到电箱的同一个电源;家人手多多,或吸烟;养猫,缸中必有猫毛;邻居炸春卷等。


变量的定义,是它会不断变化。以下是一些例子:
灯、气泵、水泵等器材,由第一天运作开始,功能便不断下降。
pH,冇灯时由高变低(酸),有灯时由低变高。CO2、O2含量等,亦不断变化。
NO3等不断上升。
就算阁下测到NH3、NO2是0.1ppm,但实际上,它俩是不断跳动的,如
0.05 →0.1→ 0.15→ 0.2→ 0.1。
玻璃也是变数,它会慢慢变形,变得上薄下厚,也不断放出silicate硅酸盐,乃啡色藻diatom的主要粮食。
思想行为亦然,像你好心机时,换水时的出错会低。心急时,则相反。
电力供应可随时冇。有趣是,通常是你不在家时,才发生。

多变量的系统,是复杂的系统。

变量太多,我们无法全部地,不间断地把握。鱼友一般只能留意,监察十数种缸内的。当然会忽略了重要的变量,如没有太多人注意氧含量。在爆棚鱼缸,氧未必够;在劲灯珊瑚缸,氧可能太高。高氧量对珊瑚是有大伤害性的。
又,忽略了我们不了解的。现今知识上,或未明白某些变量,原来是很重要的,就像七十年代的香港,曾有养海水鱼热潮,当时冇人讲硝化作用。

监察变数。我们的器材(试剂、电子议器等)是不准确的。美国太空总署的器材,也有误差,何妨鱼街出售的。另,大意使测试时出错,如****正水温影响盐度计的读数,或错误使用测试剂,或忘了校正电子测试器。更有些变量是无从监察的。

信息缺乏,因此有不确定性,下一步是难预测的。

控制变量。最优秀的鱼友,都只能把十数个缸内的变数,像N氏三契弟、钙、温度等,控制在理想范围内。很多变量,一走出理想范围外,灾难是结果。如:玻璃、柜的承受力;温度;NH3;主理人的思想;从不吃珊瑚的鱼,忽然觉得珊瑚很美味;及我们不了解的等。

一个运行良好的鱼缸,其实已动用了很大的人力、物力、财力、科技力、知识力。看着此级鱼缸,使我觉得它好像一个垂死的病人,身上插满喉管,连着很多器材。病情进一步恶化,还有几多后着?鱼缸的全部变量,必有机会走到理想范围之外。单看暖管,只要它突然不懂停下,你便要忍着尿对生物说good bye。梅非定律曰:「如果任何事会有机会出错,它必会出错。」

每一个鱼缸,都是一个我们无能力控制的复杂系统。先天上,有决定性的混乱基础,有潜在的不稳定特性。运行良好的鱼缸,只属暂时性的假像稳定,不明白的人才会用稳定来形容鱼缸(的水)。系统越多变量,便越复杂,便越动态,便越不平衡,便越混乱,便越多机会动摇其暂时的假像稳定性。所以,复杂等于已非常接近混乱的边缘。
Ian Malcolm:「逐渐逼近混乱边缘时,各个要素之间便会出现内部冲突,呈现出一个不稳定,且有潜在致命危险的状况。一旦步入混乱边缘时,便会发生意料之外的结果。秩序于同一时间在各处崩溃,生存的希望很渺茫。那时,生死只在一线之间。」

变量的戏剧性变化

Kauffman说:「在混乱体系中,变量上的细微异动,几乎总会导致行为上的巨大转变。复杂而可控制的行为,似乎是被排除在外的。」

所有变量,自己变动时,不要忘记,也会影响其它变量。

A. 连锁反应chain reaction
CO2降→ pH降;或水温升→ 含氧量降等,人人都知道,但故事是未完的。我从CO2一项变量的下降,开始写起:

CO2降→ pH降→ 碱性降→ 碱钙不平衡→ 钙化作用被影响;
CO2降→ 光合作用降→ 氧量降→ ORP降;
pH降→ PO4升;
pH降→ 重金属含量升→ 重金属毒性升→ 益菌数量降(被毒害)→ 硝化作用等作用降→ NH3、NO2、NO3、H2S、有机化合物升;
重金属含量升→ 水中导电性升→ 所有化学反应被影响;
重金属含量升→ 水中磁力被影响→ 水泵,及电子测试器被影响; 
电子测试器被影响→ 水冷的恒温系统被影响; 
有机化合物量升→ 水清澈度降→ 光度降→ 光合作用再一次被影响,降→ 氧再降→ ORP再降;
硝化菌等菌部分被毒害→ 沙中生态系统被影响→ 整个鱼缸生态系统被影响;
有机化合物量升→ 水张力升→ 化氮器效能被影响; 
水张力升→ 水面换气量降→ 氧量第三波下降→ORP再降; 
生陈代谢降→ 鱼免疫力降→ 病毒数量升;
水张力升→ 水流降→ 水温被影响→ 所有化学反应再降……
……

    混乱吗?还未写完啊,写到天光都未写完。一个变,有关的会变,看似无关的也会变。一个变,万个变,环环相扣。「其中某一件事,也许会以一种完全不可预测的,甚至是破坏的方式,来改变随后的其它事件。真实世界中,不会一件事接一件事出现的。这是宇宙深奥的真理。」Ian Malcolm说。

    这种一个变,万个变的连锁反应,称为自我组织self organization。在鱼缸中是不断发生的。未达不受控制的景况,是因为鱼缸能够适应到,能够自我调节,可以称为平顺的变动。只是久守下,失手非奇事。适应不到,后果有二:1,出现粗暴的变动--步入混乱边缘。2,爆炸性,能扭转整个系统的混乱变动。试试看一个运行良好的鱼缸,NH3含量特然上升,硝化系统能够适应到,NH3自会慢慢下降。否则,硝化菌也被NH3毒死,你猜想会怎样?
苏联,约百年中,能适应到重重变动,最后一镬,几个月内整个国家便瓦解了。马雅文化亦同。

    一个变量的变化,使另一变量上升或下降。但升几多,降几多,并没有特定的比例,是为非线性关系。
B. 非线性关系non-linearity
先说,线性关系 --你上班时,早了十分钟出门口,结果是早了十分钟到达公司;迟了十分钟出门口,结果是迟了十分钟到达公司。
非线性关系是 --你上班时,早了十分钟出门口,结果是早了二十分钟到达公司,或迟了十八分钟。为何?交通情况此时不同彼时。
Sally Goerner:「非线性关系的前因与后果,是不成比例的。」

鱼缸系统的变量,属非线性关系,是无规律的,不可预测的。因为迭代,和反馈。

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